1HYDRAULIQUE URBAINEALIMENTATION EN EAU POTABLE
CONCEPTION ET CALCUL DES RESEAUX DE DISTRIBUTION DEAU POTABLE
AEP 16/02/2007 18:41Prsentation ralise par Gilles FLAMME-OBRY
CONCEPTION ET CALCULCONCEPTION ET CALCUL
DES RESEAUX DEDES RESEAUX DE
DISTRIBUTION DEAU POTABLE
PARTIE N3 CONCEPTION ET CALCUL DES RESEAUX DE DISTRIBUTION DEAU POTABLE
I QUELQUES RAPPELS D'HYDRAULIQUEI - QUELQUES RAPPELS D HYDRAULIQUE
1 - . La mesure de la pression atmosphrique
mercure ghppmBA
=Bh
et pB = 0 A m masse volumique du mercure
gale 13,6 103 kg m-3
et g = 9,81 N.kg-1
h est la mesure de la pression atmosphrique
h observe est gale 760 mm environ de hauteur de mercureOn en dduit:
p 101 396 Pascalh observe est gale 760 mm environ de hauteur de mercure pA = 101 396 Pascal
Remplaons le mercure par de leau
ghpA
= AEPmasse volumique de leau
gp
h A= gmh 3310101396 == mh 33,10
81,91000==
La pression atmosphrique est gale 10,33m CE
2 - Units de pression F en Newton
Petit rappelSFp =
F en Newton
Sp
S en m2p pression exerce
Le Pascal 1 Pa = 1N.m-2 AEP
Le Bar 1 bar = 105 Pascal
Dans les conditions normales de pression un bar correspond donc :
Pa105 CEmmkgkgN
Pa .19,10.1000.81,9
1031 =
Arrondi gnralement 10 m CE
3 - Thorme de BERNOULLI appliqu aux liquides parfaits
z
Sur une mme ligne de courant :Constante
2 =++ z
gp
gV
Tube de courant
M2
z21
V
2
V
M1nergie potentielle i d
1V
nergie de pression
nergie cintique
z1
cintique
Application :0
pp
222
111
22zpVzpV ++=++
AEP
22 gggg
II - APPLICATION DU THEOREME DE BERNOULLI AUX LIQUIDES REELS
Le thorme de BERNOULLI permet de rsoudre la plupart des problmes d'coulement en charge.
Il n'est applicable que si les conditions suivantes sont vrifies :
ECOULEMENT PERMANENT AEP
et
LIQUIDE INCOMPRESSIBLE
Ainsi, le coup de blier dans une conduite, phnomne variable dans le tempso le liquide subit une compression ne peut tre tudi en appliquant leo le liquide subit une compression, ne peut tre tudi en appliquant lethorme de BERNOULLI.
1 - Expression gnrale
Le thorme de BERNOULLI, tendu aux fluides rels, appliqu entre deux sections (1) et (2)a pour expression :
2211 pVpV2,12
221
11
22Jz
gp
gVz
gp
gV
+++=++
avec J1 2 correspondant lnergie des forces de frottement et de viscositavec J1,2 correspondant l nergie des forces de frottement et de viscosit(nergie perdue en chaleur entre M1 et M2).
AEP
2. Application du thorme aux liquides rels:
VSQ .=
M1M1z1
M2 Dbit de sortie Qz2
0
2211 JzpV
zpV +++=++
0
2,121 22Jz
ggz
gg+++=++
3 - Application du thorme l'alimentation en eau potable
M
2,1222
111
22Jz
gp
g
Vz
gp
g
V +++=++M1
02
,0 1
1
gV
Vz1
)05,0(81,92
12
,.1 21
2m
gV
smV
M2 Dbit de sortie Qz2
P1 = Pression Atmosphrique absolue (= Pa absolue)
P2 = Pression dans le rseau au point 2 = Pa absolue + Pression relative au point 2 (Pr2)AEP
P2 Pression dans le rseau au point 2 Pa absolue Pression relative au point 2 (Pr2)
Simplifications pour lapplication aux liquides rels:
M
2,1222
111
22Jz
gp
g
Vz
gp
g
V +++=++M1
La formule devient donc :
pVpV2,12
221
11
22Jz
g
p
gV
zgp
gV
r +++=++z1-z2
M2
Dbit de sortie Q
Ou encore :
21212 Jzz
pr =
2,121g
Exemple dapplication de la formule simplifie :
M
La formule devient donc :
2211 JzpV
zpV
r +++=++M1 2,121 22 gggg
z121
J
p
2,1
M2Dbit d ti Q
g
pr 2
Dbit de sortie Q
C l l d l i d ti dbit
z2
Calcul de la pression de sortie avec un dbit connu :
21212 Jzz
pr =
2,121g
Traage du plan de charge et de la ligne pizomtrique
Mxx
xr Jzzg
p,11
=Plan de chargeM1
z1p
g
pxr
Pression statique
Mx
Dbit de sortie Qzx
Si Q 0 d d hSi Q = 0, pas de pertes de charge.
A tout point du rseau la pression observe est la pression statique.
px
xr zzg
p =1
Traage du plan de charge et ligne pizomtrique
M
Diamtre constant
xxxr Jzz
g
p,11
=ligne pizomtrique
Plan de charge
M1z1
xJ
,1Pertes de charge
g
pxr
Pertes de charge
Pression dynamiquex
Mx
Dbit d ti Q
zxPression dynamique
Cote pizomtrique en x Dbit de sortie Q
pSi Q 0 l
p q
xrx
xJ
g
pzz
,11+=
Si Q>0, alors
Si le diamtre est constant; xjJx
=,1
correspondant une droite
Fonctionnement en dpression: proscrire en A.E.P xr Jzzp =
Pl d h b l
M
xxJ
g ,11
ligne pizomtrique
Plan de charge relatifPlan de charge absolu
pression atmosphrique
M1Diamtre D constantzx
z110, 33 m
xJ
1
g
prx
x,1
Dbit de sortie Q
zone concerne par une pression relative 0, alorsSi D est constant: xjJ x =,1PROSCRIRE
aepmais xx
Jzz,11
p donc 0pgprx
III - LES PERTES DE CHARGE
Les pertes d'nergie que subit un fluide en coulement sont dues la consommation d'nergiencessaire pour vaincre le travail des forces de viscosit.
Cette nergie dissipe dans le liquide et prleve sur l'nergie du liquide est transforme enchaleur. Ces pertes de charge sont scindes en deux catgories.
l t d h li li i t ti l l d l t t i les pertes de charge rgulires, linairement rparties le long de la tuyauterie
les pertes de charge singulires qui prennent croissance tous les organesqui perturbent l'coulement (coudes, vannes, etc.)
AEPAEP
1 - Les pertes de charge rgulires ou linairesp g g
1 2 - Formule gnrale
v2
gDvj
2= j pertes de charge unitaire
LjJ =J pertes de charge totale jJ pertes de charge totaleavec : dpend du nombre de Reynolds et donc du rgime dcoulement
vD
vitesse moyenne dcoulement en m/sAEP
DL
diamtre du tronon en mtre
longueur du tronon en mtreL longueur du tronon en mtre
On tablit la valeur de par lecture d'abaques dont les plus usits sont ceux tablis partir desp q p ptravaux de COLEBROOK.
En Alimentation en Eau Potable, les coulements seront en rgle gnrale de type turbulent.
A la lecture de ces abaques et pour ce type dcoulement, lorsque le nombre de Reynolds adpass une certaine valeur, le coefficient de perte de charge reste constant et sa valeur limite nedpend que de la rugosit relative K/D.
K/D est le rapport de la hauteur des asprits eu gard au diamtre du tronon.
1 4 - Formule applique de COLEBROOKPour les canalisations circulaires
Dvj
2
2
= vSQ .=2DS =
Pour les canalisations circulaires
gDj
2 4
( )252 8 QDgj =
( )8 li ti d di tAEP
( )252 8 QDgj = ou encore pour une canalisation de diamtre connu2Qrj =1 5 - Les pertes de charge selon les travaux de COLEBROOK
avec r rsistance unitaire du tronon
Valeurs du coefficient "r" de la formule : j = r . Q2
- TRAVAUX DE COLEBROOK
Diamtre en mm
Rugosit de la canalisation
k=O,1 mm k=1 mm k= 2 mm
60 2743 4820 6340
le dbit Q est pris en mtre cube par secondepour obtenir la perte de charge j en mtre parmtre CE.
60 2743 4820 6340
80 583 1030 1340
100 183 313 401
125 56 95 121
Pour un tronon de longueur L en mtre, les pertes de charge J en mtre sont gales :
2QLrJ =150 21,5 36,1 45,5200 4,78 7,83 9,77
250 1,49 2,40 2,97
300 0 59 0 92 1 13
2QRJ =QLrJ =
300 0,59 0,92 1,13
350 0,262 0,406 0,497 avec R rsistance totale du tronon
Les pertes de charge peuvent tre galement prsentes sous la forme de tables (annexe 2)p g p g p ( )
PERTE DE CHARGE
1 5 - Les autres formules pratiques1 5 - Les autres formules pratiques
Dans un souci de simplicit et de commodit de calculs, LECHAPT et CALMONont tabli une formule simple du type :
MQLj = NDLj =
avec :NML ,, sont des invariants fonction de la rugosit
Q dbit en m3/sQ dbit en m3/s
D diamtre en mDj pertes de charge unitaire en m par km
1 5 - Les autres formules pratiques1 5 - Les autres formules pratiques
Dans un souci de simplicit et de commodit de calculs, LECHAPT et CALMON ont donc tabli uneformule simple du type :
MQLj =Q dbit en m3/s
D diamtre en mND
Lj =j pertes de charge unitaire en m par km
avec : NML ,, sont des invariants fonction de la rugosit
Rugosit K L M N Canalisation
0,5 mm 1,40 1,96 5,19 Fonte grise
0,25 mm 1,16 1,93 5,11 Fonte ductile, amiante
0,1 mm 1,10 1,89 5,01 PVC, , , ,
1.5.2 Formule de HAZEN-WILLIAMS (1905-1920)
La formule de pertes de charge tablie par les physiciens amricains HAZEN et WILLIAMSa pour expression :
852,1Q852,187,469,10
hwCD
Qj =
jQ
Pertes de charge unitaire en mtre par mtre CE
Dbit en m3 par secondeQD
Dbit en m3 par seconde
Diamtre en mtre du tronon
hwC Coefficient de Hazen-Williams dpendant de la rugosit
Valeur de la rugosit Valeur de C CanalisationValeur de la rugosit Valeur de Chw Canalisation
0,5 mm 110 Fonte grise
0,25 mm 125 Fonte ductile, amiante
0,1 mm 132 PVC
COMPARATIF DES PERTES DE CHARGE UNITAIRE SELON LES FORMULES POUR UN DIAMETRE DE 100 mm, K = 0,25 mm, r = 203,6, Chw = 125, et Chw = 120
0,14
/
m
0,12
a
l
e
u
r
d
e
j
e
n
m
/
COLEBROOK j = 206,3.Q 2
LECHAPT ET CALMON
0,08
0,1
V
a LECHAPT ET CALMON j = 1,16.Q 1,93 / 0,1 5,11
HAZEN-WILLIAMS 1 j = 10,69.Q 1,852 / (Chw
Chw =120
0,06
1,852. 0,1 4,87)
HAZEN-WILLIAMS 2 j = 10,69.Q 1,852 / (Chw1,852. 0,1 4,87)
Chw = 125
0,02
0,04
01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
DEBIT en l/s
2.- Les pertes de charge singulires AEPp g g
Les singularits se comportent comme des ouvrages courts.
Les pertes de charge singulires peuvent gnralement se mettre sous la forme :
gvKj
ss 2
2
=KS reprsente un coefficient numrique sans dimension, dont la valeur dpendra de la forme et desdimensions de la singularit. Il est gnralement dtermin exprimentalement.
g2
g g p
Quelques exemples de KS
coude arrondi 90 K = 0 1 0 2 coude arrondi 90 KS = 0,1 0,2 coude angle vif KS = 1,13 poteaux incendie KS = 8
Dans les rseaux de conduite comprenant un certain nombre de singularits, il est d'usage courant,compte-tenu des imprcisions sur les donnes, d'valuer forfaitairement les pertes de chargesingulires (de 10 15 % des pertes de charge linaires en moyenne).
Dans les rseaux courts vitesse d'coulement leve ou lorsque les calculs doivent tre mensavec prcision, cette mthode forfaitaire ne peut pas tre applique.
QUELQUES PRECISIONS
L'air introduit dans les conduites provenant de l'eau transporte s'accumule au point haut.
En rtrcissant la section d'coulement, il cre des pertes de charge singulires impossibles valuer a priori et il doit tre ncessairement vacu (clapet de sortie d'air, ventouse ,etc..).
De mme les rseaux doivent tre poss en observant une pente minimale de 0,003
AEP
Diamtre pligne de chargeRelation entre la pression observe en Mx et le dbit Q
M1
constantxx
xr Jzzg
p,11
=ligne pizomtrique
z1p
xJ
,1Pertes de charge= +110 m
RQ2
Mx
g
pxr
Pression dynamiquex = 2000 m
Dbit d ti Q
zx = +80 m
Dbit de sortie Q
( ) 221RQzz
g
prx =
Pression en fonction du dbit
35
e
n
m
C
E
g
1015202530
P
r
e
s
s
i
o
n
Application numrique
Diam 100 mm, L=2000 m, k=1 mm,
05
0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008
Dbit en m"/s
z1=+110m NGF, z2= +80 m NGF
y = 30 313.2000.Q2
Diamtre ligne de chargeDiamtre ligne de charge
Courbe caractristique dune conduite
M1
Diamtre constant
ligne pizomtrique
g g
M1
Diamtre constant
ligne pizomtrique
g g
z1Pertes de charge
z1 JPertes de charge
g
psr
Pertes de chargeL
Pertes de charge
Q
g
Qzs
Dbit de sortie QDbit de sortie QOn appelle caractristique d'une conduite, la courbe qui reprsente pour une canalisation de diamtreD et de longueur L, les variations de la perte de charge totale en fonction du dbit Q.
avec la formule de COLEBROOK, cette fonction pour la conduite de longueur L est :2QRJ =
=1 2iSi la conduite tait constitue de plusieurs tronons: =
= 2ni
iQRJ
Tronon Longueur Diamtre Rugosit
Cest un exercice1
2
Tronon Longueur en m
Diamtre en mm
Rugosit en mm
1,2 1500 150 0,1
2 3 980 125 12 2,3 980 125 1
3,4 650 100 1Cte radier du rservoir: + 170 m NGF, tour de 2O m
3
4
Nuds 1 2 3 4
Cte NGF en m
+170 +150 +140 +120AEP
Q4en m AEP
Question 1 : Pression aux nuds 3 et 4 lorsque le dbit Q est de 5l/s?
Q ti 2 Dbit i l i bl d 4?Question 2 : Dbit maximal envisageable au nud 4?
Question 3 : Tracer la ligne pizomtrique entre les nuds 1 4 au dbit de 5 l/s
Question 4 : Tracer la courbe caractristique correspondant aux trois tronons
Solution de la question 1
Tronon Longueur Diamtre rsistanceunitaire
rsistance totale
q1,2 1500 150 21,5 32250
2,3 980 125 95 93800
3,4 650 100 313 203450
Tronon Dbiten l/s
rsistance totale
Pertes de
Charge J
en m
Cote PizAmont
Cte PizAval
Cte TN en m NGF
Pression dynamique
m CE
Observations
Rappel de donnesValeur donnes par les tableaux
en m
1,2 5 32250 0,81 170 169,19 150 19,19 P>0 V
Solution de la question 3
Ligne pizomtrique
170
169,19 166,85
Ligne pizomtriqueplan de charge
161,77150
150
140140
120
Terrain naturel (assimil au profil de la canalisation)
Solution de la question 4 Courbe caractristique de la conduite
Cest la fonction
J = 329 500 Q24050607080
h
a
r
g
e
e
n
m
010203040
P
e
r
t
e
s
d
e
c
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Dbit en l/sAEP
Plan de chargeSTABILISATEUR DE PRESSION AVAL
g
Pressions t blacceptables
stabilisateur aval
Pressions trop importantesPressions trop importantes
Il maintient la pression aval une pression dtermine indpendante de la pression amontdtermine indpendante de la pression amont.
Plan de chargeSTABILISATEUR DE PRESSION AMONT
g
Pression insuffisante
stabilisateur amont
Il maintient une pression amont une valeur dtermine indpendante de la pression avaldtermine indpendante de la pression aval
IV - LE CALCUL DES RESEAUX D'EAU POTABLE AEP
1 - Calcul des dbits de pointe probable dans les conduites
1.1a - La METHODE AFNOR : rserver pour un trs petit nombre de logements
Cette mthode consiste calculer le coefficient de simultanit de fonctionnement dunombre total n des points de puisage a1, a2, a3,....aiLe dbit de pointe probable sera le dbit total de lensemble des points de puisage affectLe dbit de pointe probable sera le dbit total de l ensemble des points de puisage affectpar le coefficient de simultanit.
)( Q1
).(
max=n
QaQ i
ii
1navec:
11
1= nC p
Un exemple: Appareil Dbit en l/minutep
20 logements composs pour chacun de:
Appareil Dbit en l/minute
1vier 12
1 lavabo 6
1 douche 15Il en ressort:
1 lave vaisselle 6
1 lave linge 6
Il en ressort:
nombre dappareils: 1201 lave linge 6
1 WC avec rservoir 3soit 092,0
11201 ==pC 1120
Dbit total par logement 48 l/minute
slQ /47,1)60/20.48.(092,0max
==max
D l th d AFNOR M TRIBUT l dt i ti d dbit
1.1 b - le dbit probable par TRIBUT
De mme que pour la mthode AFNOR, M. TRIBUT propose la dtermination dun dbit probable avec la formule suivante:
345,0137,0018,0 ++= nnQpavec n le nombre de logements
Le dbit de chaque tronon est dtermin sur la base du nombre de logements intresss mais avec cette mthode de calcul la continuit des dbits nest pas conserve.
Au nud, le dbit entrant nest pas gal au dbit sortant
DEBIT PROBABLE SELON TRIBUTn
l
/
s
3,00
3,50D
b
i
t
e
n
2,00
2,50
1,00
1,50
0,00
0,50
0,000 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Nombre d'abonns
1 2 - Etude de Monsieur TRIBUT : rsultats assez reprsentatifs de la ralit pour la dtermination du coefficient de pointe horaire des units moyennes.dtermination du coefficient de pointe horaire des units moyennes.
La demande journalire domestique peut tre dtermine soit par lanalyse de lunittechnique qui permet la reconstitution de la demande ou (et) par lexamen de laq q p ( ) ptendance au vu de lvolution de la demande et des projets de dveloppement.
La demande journalire de pointe sera obtenue en affectant cette demande de baseun coefficient de pointe journalire K et en tenant compte du rendement du systmede production et de distribution deau.
Avec cette demande maximale journalire domestique, le dbit moyen horaire peut en tre dduit en la divisant par 24 heures .
AEP
COEFFICIENT DE POINTE JOURNALIERS, HEBDOMADAIRES, MENSUELS
Mois maxi Semaine maxi Jour maxiMois moyen Semaine moyenne Jour moyen
K'1 K'2 K'1 00 1 03 1 071,00 1,03 1,071,05 1,09 1,171,10 1,16 1,261,15 1,24 1,351,20 1,32 1,44 TABLEAU D'EQUIVALENCE1,20 1,32 1,441,25 1,39 1,521,30 1,46 1,601,35 1,53 1,671,40 1,61 1,75
TABLEAU D EQUIVALENCE
3,50
4,00
1,45 1,67 1,811,50 1,72 1,881,60 1,84 2,001,70 1,96 2,121 80 2 07 2 25 2,00
2,50
3,00 K'1
K'2
K'1,80 2,07 2,251,90 2,18 2,382,00 2,30 2,502,10 2,42 2,622,20 2,53 2,75
1,00
1,50
2,30 2,64 2,882,40 2,76 3,002,50 2,88 3,122,60 2,99 3,252 70 3 10 3 382,70 3,10 3,382,80 3,22 3,502,90 3,34 3,623,00 3,45 3,75
''KDemande horaire moyenne dans la journe de pointe Demande horaire de pointe
''KHISTOGRAMME DES CONSOMMATIONS JOURNALIERES
D
b
i
t
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 241 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Heure
nnK 5,347,138,1'' ++=
AEP
avec n le nombre de logements
VALEUR DE K'' EN FONCTION DU NOMBRE D'ABONNESK
'
'
16
e
u
r
d
e
K
12
14
V
a
l
e
8
10
4
6
0
2
4
00 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
Nombre abonns n
1 3 - Le choix de la simultanit pour le calcul des rseaux
Le calcul pour la formule de Monsieur TRIBUT est rserver pour les besoins sanitaires enLe calcul pour la formule de Monsieur TRIBUT est rserver, pour les besoins sanitaires, encorrespondance avec un nombre moyen de foyers.
Au del duquel il est prfrable d'appliquer des coefficients de pointe adapts la taille de la zonedesserviedesservie.
AEP
1 4 - La prise en compte du dbit de route AEP
Une partie du dbit est consomme en route par les abonns.
Le dbit entrant est Q1 et le dbit sortant du tronon est Q2, le diffrentiel est gal QrQQ1 Q2Qr
Q2Q1
2
On cherche alors dterminer pour la part lie au dbit de route un dbit horaire fictif Qf qui, t t d t t l ti d l d it d i it t t it l suppos constant dans toute la section de la conduite, produirait entre ses extrmits, la mme
perte de charge que celle produite par l'coulement rel.
Qf = 0,55 x QrOn dmontre que :Dans le cas prsent, la perte de charge dans le tronon sera calcule avec le dbit fictif suivant :
Q2 + 0,55 Qr
1 5 Les besoins de la dfense contre lincendieAEP
1.5 Les besoins de la dfense contre l incendie
La rglementation exige dans le cas gnral une couverture incendie base pour mettre disposition des services incendie 120 m3 deau pendant deux heures.
Cette couverture incendie peut tre assure par :
Des poteaux incendie de 100 mm de diamtre dbitant au minimum 60 m3 /h soit 17l/s Des poteaux incendie de 100 mm de diamtre dbitant au minimum 60 m3 /h soit 17l/s sous une charge restante de 1 bar.
Rayon daction de 150 m par les voies carrossables.
Des aires naturelles permettant le puisage de leau (tang, rivire...).Rayon daction de 400 m par les voies carrossables.
Des citernes incendie.La capacit de ces citernes peuvent tenir compte de lapport par le rseau de distribution deau p p p pp ppotable:
Exemple: si apport horaire par le rseau A.E.P de 20 m3/h capacit citerne 120 2X20=80 m3
Rayon daction de 400m par les voies carrossables.y
POTEAU INCENDIEPOTEAU INCENDIE
CITERNE INCENDIE
AIRE NATURELLE
Exemple dune couverture incendie
voirie et rseau A.E.P
P d lProvenance de leau
Obstacle infranchissable
(limitant le rayon daction) Poteau incendie de 100 mm de diamtre
Citerne incendie
2- Rsum des besoins prendre en compte
Pression au sol recommande de 30 40 m de CE possible jusqu 70 mtresPression au sol recommande de 30 40 m de CE, possible jusqu 70 mtres
Ncessit de prvoir une pression de 8 10 mtres de CE au niveau de lappartement le plus lev (mais pas dobligation).
Prvoir si possible une pression dynamique de 2 3 bars au compteur des abonns.
1 bar de pression rsiduelle pour les poteaux incendie de 100 mm de diamtre au dbit de 17 l/s (ou 60 m3/h).( )
AEP
3 1 - Les diamtres des conduitesAEP
Les diamtres des conduites ne doivent pas tre infrieurs 80 mm dans les communes urbaineset 60 mm dans les communes rurales (rfrence : textes rglementaires).
En milieu urbain, le diamtre de 100 mm semble toutefois le mieux appropri.
Les diamtres utilisables sont normaliss.
Le diamtre 175 mm est abandonn.
Les diamtres 80 mm et 125 mm sont de moins en moins utiliss.
3 2 - Les vitesses de leau dans les conduites
L it d it d t i i i f i 1 / f d'i di
Sur les conduites d'adduction mieux protges et il est souvent conomique de faire circulerl'eau des vitesses plus leves de l'ordre de 2 2 7 m/s
La vitesse doit donc rester en principe infrieure 1 m/s sauf en cas d'incendie.
l'eau des vitesses plus leves de l'ordre de 2 2,7 m/s
4 - Mthode de rsolution des rseaux
La dtermination des dbits sortant chaque noeud vous permet de fixer les dbits dechaque tronon (de laval vers lamont).
Connaissant la cte du terrain naturel et la pression dynamique observer chaquenud vous pouvez fixer la cte pizomtrique minimale de chaque nud.
Chaque tronon est dfini par:
Son dbitSa longueurSa cte de charge amont
Il convient alors de rechercher de lamont vers laval les diamtres de chaquetronon par tests successifs afin que les contraintes de pression et vitesse soientrespectes.p
AEPAEP
Recherche des diamtres du rseau AEPles dbits dans les tronons sont calculsRecherche des diamtres du rseau AEP
Cote radierDonnes connues pour chaque noeud
Noeud X
Cote radier
du rservoirpour chaque noeud
Cte TN
Pres Stat
Pres Dyn
Cte Piz
Dtermination des dbits sanitaires maxi porter aux nudsDt i ti d dbit it t d t ti it
Par exemple
Pour la consommation en route sur un tronon une rpartition 50-50 est fixer chaque nud dextrmit
Dtermination des dbits concommitants des autres activits (industrielles et touristiques...)
Dbit en route 1,2l/s
0,6est fixer chaque nud d extrmit.
0,6(ou 45-55 pour observer strictement les rgles de rpartition)
et successivement le diamtre de chaque tronon
C 5 - Calcul des rseaux mailles
5 1 2 - Cas des mailles simples (deux tronons ou plus)
A B
11
?Q1Q2Q Q
2
21QQQ +=2 2 22
111QRJ = 2
222QRJ = 2QRJ
=
J
Q2J
Q1J
Q JJJ
RQ =
2
2
2 RQ =
1
1
1 RQ =
JJJ ==
21
JJJ 111 +21RJ
RJ
RJ
+=21RRR
+=
5 1 3 - Mthode d'HARDY-CROSS pour des mailles simples
Cette mthode permet de calculer les dbits de chaque trononp q
3AEP
STAGE FORMATION4
STAGE FORMATION
HYDRAULIQUE URBAINE
ALIMENTATION EN EAU POTABLE ETET
DEFENSE CONTRE LINCENDIE
AEP
RESERVOIR SUR TOUR
TROP PLEIN
RADIER
TOUR
POTEAU INCENDIEPOTEAU INCENDIE
LA PRESSION STATIQUE
30 mtres de colonne deau
Manomtre
3 b3 bars
LA PRESSION DYNAMIQUE
PERTE DE PRESSION = PERTE DE CHARGE1
entre 1 et 2
15 mtres de colonne deau
Manomtre60 m3/h
1 5 b
2
1,5 bars
PRESSION OBSERVEE AU POTEAU INCENDIE EN FONCTION DU DEBITPression en bar
3,5Pression en bar
2,5
3
2
1
1,5
0,5
1
00 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Dbit en m3/heure
Les pertes de charge rgulires ou linairesp g g
Formule gnrale
v2
gDvj
2= j pertes de charge unitaire
LjJ =J pertes de charge totale jJ pertes de charge totaleavec : dpend du nombre de Reynolds et donc du rgime dcoulement
vD
vitesse moyenne dcoulement en m/sAEP
DL
diamtre du tronon en mtre
longueur du tronon en mtreL longueur du tronon en mtre
ou encore pour une canalisation de diamtre connuAEP
( )252 8 QDgj = Dg 2Qj 2Qrj =
avec r rsistance unitaire du tronon
Pour un tronon de longueur L en mtre, les pertes de charge J en mtre sont gales : g p g g
2QLrJ =2QRJ =
avec R rsistance totale du tronon
Les pertes de charge selon les travaux de COLEBROOKAEP
p g
2QLrJ =2QRJ = avec R rsistance totale du tronon
Valeurs du coefficient "r" de la formule : j = r . Q2
- TRAVAUX DE COLEBROOK
Diamtre en mm
Rugosit de la canalisation
k=O,1 mm k=1 mm k= 2 mm
60 2743 4820 6340
le dbit Q est pris en mtre cube par secondepour obtenir la perte de charge j en mtre parmtre CE
80 583 1030 1340
100 183 313 401
125 56 95 121
mtre CE.
Pour un tronon de longueur L en mtre les150 21,5 36,1 45,5200 4,78 7,83 9,77
250 1,49 2,40 2,97
300 0,59 0,92 1,13
Pour un tronon de longueur L en mtre, les pertes de charge J en mtre sont gales :
300 0,59 0,92 1,13
350 0,262 0,406 0,497
Les pertes de charge peuvent tre galement prsentes sous la forme de tablesp g p g p
PERTE DE CHARGE
COMPARATIF DES PERTES DE CHARGE UNITAIRE SELON LES FORMULES POUR UN DIAMETRE DE 100 mm, K = 0,25 mm, r = 203,6, Chw = 125, et Chw = 120
0,14
e
n
m
/
m
COLEBROOK
0 1
0,12
V
a
l
e
u
r
d
e
j
COLEBROOK j = 206,3.Q 2
LECHAPT ET CALMON j 1 16 Q 1 93 / 0 1 5 11
0,08
0,1 j = 1,16.Q 1,93 / 0,1 5,11
HAZEN-WILLIAMS 1 j = 10,69.Q 1,852 / (Chw
Chw =120
0,06
j , Q , (1,852. 0,1 4,87)
HAZEN-WILLIAMS 2 j = 10,69.Q 1,852 / (Chw1 852 0 1 4 87)
0,04
1,852. 0,1 4,87)Chw = 125
0,02
01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
DEBIT en l/s
EXERCICE DAPPLICATION
Le poteau incendie est-il conforme?
Cote du radier: + 100 m NGF
30 mtres de colonne deau
Cote du sol +75 m
Le manomtre indiquerait une
NGF, hauteur de la tour 25 m
charge disponible minimale de 3 bars au PI Cote du sol: + 70 m NGF
AEPAEP
EXERCICE DAPPLICATION
Le poteau incendie est-il conforme?
Cote du radier: + 100 m NGF
30 mtres de colonne deau
Cote du sol +75 m NGF, hauteur de la tour 25 m
Cote du sol: + 70 m NGF
L1= 900 m, diamtre 200 mm
L2= 1000 m, diamtre 150 mm 1 bar de charge restante au dbit de 60 m3/h ?
Charge disponible de 3 bars au PI n1rugosit K = 2 mm
Les pertes de charge selon les travaux de COLEBROOKAEP
p g
2QLrJ =2QRJ = avec R rsistance totale du tronon
Valeurs du coefficient "r" de la formule : j = r . Q2
- TRAVAUX DE COLEBROOK
Diamtre en mm
Rugosit de la canalisation
k=O,1 mm k=1 mm k= 2 mm
60 2743 4820 6340
le dbit Q est pris en mtre cube par secondepour obtenir la perte de charge j en mtre parmtre CE
80 583 1030 1340
100 183 313 401
125 56 95 121
mtre CE.
Pour un tronon de longueur L en mtre les150 21,5 36,1 45,5200 4,78 7,83 9,77
250 1,49 2,40 2,97
300 0,59 0,92 1,13
Pour un tronon de longueur L en mtre, les pertes de charge J en mtre sont gales :
300 0,59 0,92 1,13
350 0,262 0,406 0,497
RAPPEL DE LA CHARGE DISPONIBLE: 30 m de CE
Diamtre en Linaire en Dbit en Pertes de charge en m J
RAPPEL DE LA CHARGE DISPONIBLE: 30 m de CE
Diamtre en mm
Linaire en m
Dbit en m3/h
Pertes de charge en m de CE
J = r.L.Q2
Jen m de CE
200 900 60 9,77x900x(60/3600)2 2,44
150 1000 60 45 5x1000x(60/3600)2 12 63150 1000 60 45,5x1000x(60/3600) 12,63
TOTAL 15,07
Charge restante ou Pression dynamique 14,93 m de CE
soit 1,49 bars
L t i di t f 1 b i i d h t t 60 3/hLe poteau incendie est conforme: 1 bar minimum de charge restante 60 m3/heure
Les pertes de charge peuvent tre galement calcules directement avec les tables.
RAPPEL DE LA CHARGE DISPONIBLE: 30 m de CE
Diamtre en Linaire en Dbit en Pertes de charge en m J
RAPPEL DE LA CHARGE DISPONIBLE: 30 m de CE
Diamtre en mm
Linaire en m
Dbit en m3/h
Pertes de charge en m de CE
J = r.L.Q2
Jen m de CE
200 900 60 0,002945x900 2,6
150 1000 60 0 0128x1000 12 8150 1000 60 0,0128x1000 12,8
TOTAL 15,4
Charge restante ou Pression dynamique 14,6 m de CE AE
soit 1,46 bars
L t i di 1 t f 1 b i i d h t t 60 3/h
AE
Le poteau incendie n1 est conforme: 1 bar minimum de charge restante 60 m3/heure
EXERCICE DAPPLICATIONSUITE
Le poteau incendie n3 est projetSUITE
Cote du radier: + 100 m NGF
35 mtres de colonne deau
Cote du sol +75 m
Le manomtre indiquerait
NGF, hauteur de la tour 25 m 2 3
une charge disponible de 3,5 bars au PI n3
Cote du sol: + 65 m NGFDistance de 400 m entre les deux poteaux incendie
QUESTION: Quel diamtre pour le rseau 2-3 ? aep
Jenvisage une extension de rseau avec un diamtre de 100 mm
Diamtre en Linaire en Dbit en 3/h
Pertes de charge en m d CE
J
RAPPEL DE LA CHARGE DISPONIBLE: 35 m de CE
mm m m3/h de CEJ = r.L.Q2
en m de CE
200 900 60 9,77x900x(60/3600)2 2,44( )
150 1000 60 45,5x1000x(60/3600)2 12,63
100 400 60 183x400x(60/3600)2 20,33
Charge restante ou Pression dynamique - 0,40 m de CE TOTAL DES PERTES DE CHARGE: 35,40 mvaleur de r
avec K = 0,1 mm
soit - 0,040 bar
Le poteau incendie desservi avec un rseau de 100 mm ne peut pas tre conforme, le dbit de 60 m3/h ne pe t pas tre fo rni p isq e la pression d namiq e calc le estdbit de 60 m3/h ne peut pas tre fourni puisque la pression dynamique calcule est ngative. Il faut refaire le calcul avec un diamtre de 125 mm par exemple.
La dfense contre lincendie et la distribution en eau potable dans les communes rurales.
Besoins de la DCI: 120 m3 pendant deux heures soit 60 m3/hBesoins de la DCI: 120 m3 pendant deux heures soit 60 m3/h.
Besoins en eau dune commune de 500 habitants.
100 l/habitant par jour soit 50 m3 par jour.
Rpartis sur 8 heures de consommation les besoins en priode deRpartis sur 8 heures de consommation les besoins en priode depointe sont estims 6,25 m3/heure.
EXERCICE DAPPLICATION
Dimensionnement du rseau de distribution deau potable
Cote du radier: + 100 m NGF
30 mtres de colonne deau
Cote du sol +75 m
Le manomtre indique une
NGF, hauteur de la tour 25 m
charge disponible de 3 bars au niveau du village Cote du sol: + 70 m NGF
Le village
RAPPEL DE LA CHARGE DISPONIBLE: 30 m de CE
Diamtre en Linaire en Dbit en Pertes de charge en m de J
RAPPEL DE LA CHARGE DISPONIBLE: 30 m de CE
Diamtre en mm
Linaire en m
Dbit en m3/h
Pertes de charge en m de CE
J = r.L.Q2
Jen m de CE
100 900 6,25 401x900x(6,25/3600)2 1,08
80 1000 6 25 1340x1000x(6 25/3600)2 4 0380 1000 6,25 1340x1000x(6,25/3600) 4,03
TOTAL 5,11
Charge restante ou Pression dynamique 24,89 m de CE AEPsoit 2,5 bars environ
Le rseau destin la distribution en eau potable de la commune ne permet pas laLe rseau destin la distribution en eau potable de la commune ne permet pas ladesserte de poteaux incendie de 100 mm, mais apportera au minimum une pressionsuprieure 2,5 bars.
DIMENSIONNEMENT DUN RESEAU DE DISTRIBUTION DEAU POTABLE
les dbits dans les tronons sont calculs
Cote radierCote radier
du rservoir
Nud X
Cte TN
Pression Statiqueq
Pression Dynamique
Dtermination des dbits sanitaires maxi porter aux nudsDtermination des dbits concommitants des autres activits
(industrielles et touristiques...)(industrielles et touristiques...)
et ensuite les tronons sont calculs pour la dfense contre lincendie poteau par poteauce qui permet dvaluer les surdimensionnements
AEP
et successivement le diamtre de chaque tronon
ce qui permet d valuer les surdimensionnements...P
CUVESTrop plein
Marnage de leau
TOUR
Radier
RESERVOIR SUR TOUR
Vitesse: 1m/s
10 km de canalisation de diamtre 150 mm
Dbit de 60 m3/heure
de diamtre 150 mm
Masse deau: 176 tonnesMasse d eau: 176 tonnes
Les contraintes sanitaires:
La qualit de leau se dtriore avec la dure du sjour dans la canalisation.
Pour lossature principale peu de problme attendre en raison des consommations importantes.consommations importantes.Par contre, sur les antennes des stagnations deau peuvent survenir.Exemple: Pour une habitation de 4 habitants une canalisation de 60 mm de diamtre et de 100 m de longueur leau est renouvele deux fois par jour.Avec une canalisation de 150 mm il faut 3 jours pour un renouvellement de leau.
AEP
Les contraintes financiresLes contraintes financiresDiamtre 200 150 100 60Diamtreen mm
200 150 100 60
Cot unitaire HT
180 140 76 45en
Citerne 120 m3 80 m3 60 m3Citerne incendie
120 m 80 m 60 m
Cot unitaire HT en
40 000 35 000 30 000HT en
Mise en place dun poteau incendie
sur rseau existant
sur rseau neuf
Cot unitaire HT en 4 500 3 500Cot unitaire HT en 4 500 3 500
Exemple dune couverture incendieExemple dune couverture incendieExemple dune couverture incendie
voirie et rseau A.E.P
P d lProvenance de leau
Obstacle infranchissable
(limitant le rayon daction) Poteau incendie de 100 mm de diamtre
Citerne incendie
Le projet de dfense contre lincendie est donc un compromis harmonieux entre:compromis harmonieux entre:
Les contraintes rglementairesL t i t it iLes contraintes sanitairesLes contraintes techniquesLes contraintes techniques
Les contraintes financiresLes contraintes financires
AEP
Le programme dpartemental pour la dfense contre lincendie des communes rurales
Taux dintervention: 40% des dpenses HTIntresse les communes classes rurales (dcret n66173 du 25 mars 1966)Intresse les communes classes rurales (dcret n 66173 du 25 mars 1966)Population rurale existante et permanenteSchma valid par le SDISOprations de renforcement de la couverture incendieDossier approuv par le matre douvrage du type avant projet dtaill au minimum ou tabli sur la base des devis dtaillsPrsentation des attestations de conformit du SDIS pour le versement des subventions
STAGE FORMATION33
STAGE FORMATION
HYDRAULIQUE URBAINEHYDRAULIQUE URBAINEALIMENTATION EN EAU POTABLEALIMENTATION EN EAU POTABLE
ET DEFENSE CONTRE LINCENDIE
FIN DE LA PRESENTATIONAEP
Merci de votre attention
Document ralis par Gilles FLAMME-OBRY
Ingnieur PrincipalIngnieur Principal
Chef du bureau de leau du Conseil Gnral du Pas-de-Calais
Jeudi 9 dcembre 2004
Top Related